Componentes Esenciales en Circuitos Eléctricos: Control, Protección y Receptores

Elementos de Control y Maniobra en Circuitos Eléctricos

Permiten la apertura y cierre de un circuito eléctrico a voluntad del usuario. Los más empleados son interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.

Tipos Principales de Elementos de Control y Maniobra

• Interruptor: Dispositivo que permite abrir o cerrar el paso de la corriente en un circuito. Puede ser unipolar (interrumpe un solo conductor del circuito) o bipolar (interrumpe dos conductores simultáneamente).
• Conmutador: Permite controlar un mismo punto de luz o receptor desde dos o más puntos distintos. Cambia la conexión de un conductor de entrada entre varias salidas.
• Relé: Es un interruptor accionado electromagnéticamente. Consta de dos circuitos eléctricamente separados: el circuito de control (o de alimentación de la bobina del relé) y el circuito de potencia (o de salida), que es conmutado por el relé. Este último puede operar con un generador de igual o diferente voltaje al del circuito de control. Se considera un conmutador electromagnético.

Elementos de Protección en Circuitos Eléctricos

Son componentes diseñados para proteger tanto a las personas que interactúan con instalaciones eléctricas como a las propias instalaciones contra los efectos peligrosos de las sobreintensidades (sobrecargas o cortocircuitos), que podrían provocar daños o incendios. Los más utilizados son los fusibles, los interruptores magnetotérmicos y los interruptores diferenciales.

Tipos Principales de Elementos de Protección

• Fusible: Consiste en un filamento o lámina de un metal o aleación con alta resistividad y bajo punto de fusión, intercalado en el circuito. Cuando la intensidad de corriente supera un valor determinado durante un tiempo suficiente, el calor generado por el efecto Joule funde el filamento, abriendo el circuito e interrumpiendo el paso de la corriente.
• Interruptor Magnetotérmico (Automático): Este dispositivo combina dos mecanismos de protección: uno magnético para actuar rápidamente ante cortocircuitos (intensidades muy elevadas) y uno térmico para actuar ante sobrecargas (intensidades superiores a la nominal mantenidas en el tiempo). Cuando detecta una de estas anomalías, interrumpe el flujo de corriente abriendo el contacto del circuito.
• Interruptor Diferencial: Su función es proteger a las personas contra contactos eléctricos directos o indirectos. Compara continuamente la intensidad de corriente que entra al circuito (fase) con la que sale (neutro). Si la diferencia entre ambas (I_entrada - I_salida) supera un umbral preestablecido, conocido como sensibilidad (típicamente 0,03 A o 30 mA), el interruptor desconecta automáticamente el circuito.

Receptores Eléctricos: Transformación de Energía

Son aquellos elementos o dispositivos conectados a un circuito eléctrico con el propósito específico de transformar la energía eléctrica que consumen en otro tipo de energía útil, como energía calorífica (calor), energía mecánica (movimiento), energía lumínica (luz) o energía química.

Principales Tipos de Receptores

• Motores: Transforman la energía eléctrica en energía mecánica de rotación. Se caracterizan por tener un rendimiento generalmente muy alto, a menudo superior al 95 %.
• Electroimanes: Convierten la energía eléctrica en energía magnética. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como timbres, cerraduras eléctricas (porteros automáticos), contactores y relés.
• Resistencias: Son componentes cuya función principal es oponerse al paso de la corriente eléctrica, transformando la energía eléctrica en energía calorífica por el efecto Joule. Existen diversos tipos:
  • Resistencias Fijas: Tienen un valor óhmico constante y predeterminado. Su valor y tolerancia suelen identificarse mediante un código de colores impreso en su cuerpo.
  • Resistencias Variables y Ajustables (Potenciómetros y Reóstatos): Permiten modificar su valor de resistencia óhmica. Los potenciómetros suelen tener tres terminales y se usan para variar voltaje, mientras que los reóstatos suelen tener dos y se usan para variar corriente. El ajuste puede ser manual (girando un eje o cursor) o mediante herramientas (como un destornillador para resistencias ajustables tipo trimmers).
  • LDR (Light Dependent Resistors o Fotorresistencias): Son resistencias cuyo valor óhmico varía en función de la intensidad de luz (luminosidad) que incide sobre su superficie sensible. A mayor luz, menor resistencia, y viceversa (generalmente).
  • Termistores (Resistencias Sensibles a la Temperatura): Su valor óhmico cambia significativamente con la temperatura. Se dividen principalmente en:
    • NTC (Negative Temperature Coefficient): Su resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura.
    • PTC (Positive Temperature Coefficient): Su resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura.
• Otros receptores incluyen lámparas (energía lumínica), elementos calefactores (energía calorífica específica), diodos LED, etc.

Acoplamiento de Receptores en Circuitos de Corriente Continua

En circuitos de corriente continua (CC), para efectos de cálculo, la mayoría de los receptores pueden ser modelados como resistencias eléctricas. Los receptores pueden conectarse o acoplarse de diferentes maneras, siendo las fundamentales: en serie, en paralelo o de forma mixta.

Acoplamiento en Serie

Dos o más receptores están acoplados en serie cuando se conectan uno a continuación del otro, de forma que la misma corriente eléctrica circula sucesivamente a través de cada uno de ellos. Características y cálculos principales:

• La resistencia total o equivalente (R_eq) es la suma de las resistencias individuales.
• La intensidad de corriente (I) es la misma en todos los receptores e igual a la total del circuito.
• La tensión total (V_T) aplicada al conjunto se reparte entre los distintos receptores, siendo la suma de las caídas de tensión individuales en cada uno.

Acoplamiento en Paralelo

Dos o más receptores están acoplados en paralelo cuando sus terminales de entrada se conectan a un mismo punto del circuito y sus terminales de salida a otro punto común. De esta forma, la tensión (V) aplicada a cada receptor es la misma. Características y cálculos principales:

• La tensión (V) es la misma en todos los receptores conectados en paralelo.
• La intensidad de corriente total (I_T) suministrada por la fuente se divide entre los receptores, siendo la suma de las intensidades parciales que circulan por cada rama.
• La inversa de la resistencia total o equivalente (1/R_eq) es la suma de las inversas de las resistencias individuales.

Acoplamiento Mixto

Un acoplamiento mixto se presenta cuando en un mismo circuito existen combinaciones de receptores conectados tanto en serie como en paralelo. Para su análisis, se simplifica el circuito por partes:

• Se calculan las resistencias equivalentes de los grupos de receptores en serie.
• Se calculan las resistencias equivalentes de los grupos de receptores en paralelo.
• Se repite el proceso hasta obtener una única resistencia equivalente total del circuito.
• A partir de esta resistencia total y la tensión total, se calcula la intensidad total. Luego, se pueden determinar las tensiones e intensidades parciales en cada componente.